皮带撕裂检测装置的制作方法

本实用新型涉及一种皮带检测装置，特别涉及一种皮带撕裂检测装置。

（二）、

背景技术：
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皮带运输机在矿场、化工企业、港口、电厂等领域广泛应用。皮带是皮带运输机的重要组成部分，价格较贵，其成本约占整机的50%以上。根据皮带运输机的长度不同，皮带的价格从几万元至上百万元，甚至上千万元。一旦皮带发生撕裂，如没有撕裂检测装置检测配合立即停机，有可能在短时间内使整条皮带报废。给企业带来重大的经济损失。经统计，大概90%的皮带撕裂均为纵向撕裂，皮带纵向撕裂一直是皮带运输机面临的重要问题。

近年来，许多研究人员都在致力于研究一种有效的纵向撕裂保护装置，目前，实际应用的检测方法和装置或多或少都存在一定的缺点。有些企业甚至因为这些缺陷而放弃安装防撕裂装置。在我国广泛应用的防撕裂检测技术是：在皮带下方放置一条钢丝绳带动拉线开关，从而检测皮带撕裂。其基本思路是利用穿透皮带的异物拉动钢丝绳连接的拉线开关来检测撕裂行为，此种方式结构简单、可靠、成本低廉。但这种方法存在较大的缺陷：一是钢丝绳距离皮带的安装位置调整不好将严重影响检测过程，甚至造成检测失败；二是这种方法只能检测异物穿透的撕裂行为，对于未穿透的撕裂无能为力。

申请号为201510801512.2的专利中公开了一种皮带防撕裂装置及方法，其由两个扩张辊对皮带施加横向上的力，扩张皮带撕裂的裂缝，然后检测是否有载料从裂口泄露，从而确定是否发生撕裂。此方法虽然不要求一定有异物穿透皮带，但是根据载料的大小不同，可能在某些输送场合不能适用。还可能因为裂口大小不同导致检测实时性不高。

有研究人员采用在皮带中预埋设金属线圈，通过检测皮带中金属线圈是否开环来判断皮带是否发生纵向撕裂。此种方法的局限性在于：线圈植入工艺复杂，断裂后需要重新调整系统定位线圈，增加维护成本和难度。此外，长期运行时，金属线圈受滚切应力影响有可能发生断裂而误报，这对金属线圈的材质提出了更高的要求。此种方式不仅成本较高而且难以维护。

申请号为201410358351.X的专利先采集打在皮带上的激光条纹，再经后期算法处理后识别裂纹图像，从而检测皮带撕裂情况。该方法提高了检测的精确度，但是实现相对较困难，工艺较复杂，成本较高。在环境恶劣的地方使用时可靠性会降低。

上述防撕裂检测方法基本上都受限于原理的缺陷或成本等原因，而且，它们都是安装在落料口附近，若撕裂发生在其他部位则无法感知。有些原理还受制于钢丝绳皮带和芳纶布皮带的不同而不能通用。

（三）、

技术实现要素：
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本实用新型要解决的技术问题是：提供一种检测精度高、可靠性好的皮带撕裂检测装置。

本实用新型的技术方案：

一种皮带撕裂检测装置，含有N个相同的节点检测装置和主控制电路，N为大于等于2的自然数，N个节点检测装置沿皮带运输机的皮带的纵向方向依次排列；每个节点检测装置中含有两个超声测距仪和两个支架，两个支架分别安装在皮带的横向两侧且两个支架相对设置，两个超声测距仪分别安装在两个支架上，两个超声测距仪的超声波发射接收口分别正对皮带的左、右两个侧面；每个超声测距仪含有机壳，超声波发射接收口设在机壳上，机壳中设有第一中央处理器、超声波发送器、超声波接收器、信号放大电路、温度传感器、第一时钟芯片、第一CAN总线接口和第一电源模块，第一中央处理器的超声波信号输出端与超声波发送器的信号输入端连接，超声波发送器的发射面朝向超声波发射接收口，超声波接收器的接收面也朝向超声波发射接收口，超声波接收器的信号输出端与信号放大电路的输入端连接，信号放大电路的输出端与第一中央处理器的超声波信号输入端连接，温度传感器的输出端与第一中央处理器的温度信号输入端连接，第一时钟芯片的输出端与第一中央处理器的时钟信号输入端连接，第一CAN总线接口与第一中央处理器的CAN总线口连接，第一电源模块给第一中央处理器、超声波发送器、超声波接收器、信号放大电路、温度传感器、第一时钟芯片和第一CAN总线接口供电；主控制电路中含有第二中央处理器、第二时钟芯片、显示器、键盘、声光报警电路、继电器控制电路、第二CAN总线接口和第二电源模块，第二时钟芯片的输出端与第二中央处理器的时钟信号输入端连接，第二中央处理器的显示输出口与显示器连接，键盘与第二中央处理器的键盘口连接，第二中央处理器的报警信号输出端与声光报警电路的输入端连接，第二中央处理器的控制信号输出端与继电器控制电路的输入端连接，继电器控制电路中的继电器的触点串接在皮带运输机的供电回路中，第二CAN总线接口与第二中央处理器的CAN总线口连接，第二电源模块给第二中央处理器、第二时钟芯片、第二CAN总线接口、显示器、声光报警电路和继电器控制电路供电；N个节点检测装置中共含有2*N个第一CAN总线接口，第二CAN总线接口和所有第一CAN总线接口均连接在一个CAN总线上。

每个支架含有三段连接臂和一个固定座，三段连接臂从上到下通过万向节首尾相连，最下面的连接臂的下端固定在皮带运输机的托辊支架的侧面，固定座连接在最上面的连接臂的上端，超声测距仪安装在固定座上。

万向节可在任意方向上调节，从而使安装在支架上的超声测距仪的超声波发射接收口正对皮带的侧面，保证测距的准确性。

连接臂的材质为不锈钢，最下面的连接臂的下端固定在皮带运输机的托辊支架侧面的立柱上。

主控制电路中还含有存储器和USB接口，存储器与第二中央处理器的存储口连接，USB接口与第二中央处理器的USB口连接，第二电源模块还给存储器供电；主控制电路安装在皮带运输机的电气控制箱中。

节点检测装置与落料口之间的水平距离大于一米，各节点检测装置之间的水平距离大于20米。实际应用时，可将撕裂的最大长度控制在两个节点检测装置的距离之内。

第一中央处理器和第二中央处理器的型号均为：STM32F107VC；第一CAN总线接口和第二CAN总线接口中均含有CAN收发器，CAN收发器的型号为：TJA1050；第二电源模块中含有MC34063电压转换芯片和AMS1117电压转换芯片；显示器为7寸TFT 65536色液晶屏。

该皮带撕裂检测装置的工作过程为：节点检测装置中的两个超声测距仪初始化测距数据后等待接收主控制电路发出的同步时钟命令，分别与主控制电路的时钟对时，随后等待接收主控制电路发出的同步测距命令，然后进行测距。各超声测距仪测量其到皮带侧面边缘的距离，随后将两侧的距离数据送至主控制电路判断比较。当主控制电路检测到两侧的测量距离在设定误差阈值内没有发生变化，或出现一侧距离值减小，另一侧距离值增加的情况（皮带横向侧滑移动）时，即可判断皮带正常运行；当皮带撕裂时，受载料及托辊的应力影响，会出现皮带沿横向两侧延展或向内挤压两种情况，因此，当主控制电路检测到两侧的测量距离同时减小或同时增加的情况（撕裂造成），即可判断皮带撕裂。此时，主控制电路会发出声光报警信号并自动对皮带运输机断电停机，并将故障数据存储在存储器中，故障信息在显示器上显示。

节点检测装置中的超声测距仪内部的信号放大电路采用三级放大电路，温度传感器用来对超声测距进行温度补偿。当超声测距仪接收到主控制电路发来的测距命令时，超声波发送器发送高频超声波，其波长远小于皮带边缘厚度，避免发生散射；超声波接收器接收的信号经三级放大后由第一中央处理器采样，第一中央处理器通过内部算法算得距离后经CAN总线传送至主控制电路。

第二中央处理器的工作流程为：开机后系统执行初始化；首先将时钟信号同步到节点检测装置。对时工作完成后，第二中央处理器发送测距命令。节点检测装置包含的两个超声测距仪接收到第二中央处理器发来的测距命令后开始发送并接收超声波。由两个超声测距仪的中央处理器计算各自超声波发射接收 口到皮带边缘的距离。每个节点检测装置的距离数据传输至第二中央处理器后，由不同节点对应的数据处理程序判断是否节点检测装置安装处发生撕裂。如果发生撕裂，则第二中央处理器控制声光报警电路发出报警信号，并控制继电器控制电路使皮带运输机停机。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型根据皮带撕裂时会出现皮带沿横向两侧延展或向内挤压的特点，采用两个超声测距仪分别测量其到皮带横向两边的距离，从而判断皮带是否有撕裂情况，不仅检测精度高（能够感知1mm的纵向撕裂），而且简单可靠、成本低，无需在皮带内预埋线圈，同时适用钢丝绳皮带和芳纶布皮带，适用范围广。

2、本实用新型的N个节点检测装置沿皮带的整个纵向方向依次排列，从而降低了撕裂发生在皮带的中部而不能及时检测到的概率，克服了现有技术仅检测落料口处撕裂情况的缺陷；本实用新型可在整条皮带上进行检测，进一步提高了检测的可靠性。

（四）、附图说明：

图1为节点检测装置的结构示意图；

图2为各节点检测装置在皮带上的分布示意图；

图3为超声测距仪的内部电路原理框图；

图4为主控制电路的电路原理框图；

图5为第二中央处理器的工作流程示意图。

（五）、具体实施方式：

参见图1～图5，图中，皮带撕裂检测装置含有4个相同的节点检测装置和主控制电路，4个节点检测装置沿皮带运输机的皮带1的纵向方向依次排列；每个节点检测装置中含有两个超声测距仪3和两个支架，两个支架分别安装在皮带1的横向两侧且两个支架相对设置，两个超声测距仪3分别安装在两个支架上，两个超声测距仪3的超声波发射接收口8分别正对皮带1的左、右两个侧面；每个超声测距仪3含有机壳，超声波发射接收口8设在机壳上，机壳中设有第一中央处理器、超声波发送器、超声波接收器、信号放大电路、温度传感器、第一时钟芯片、第一CAN总线接口和第一电源模块，第一中央处理器的超声波信号输出端与超声波发送器的信号输入端连接，超声波发送器的发射面朝向超声波发射接收口8，超声波接收器的接收面也朝向超声波发射接收口8，超声波接收器的信号输出端与信号放大电路的输入端连接，信号放大电路的输出端与第一中央处理器的超声波信号输入端连接，温度传感器的输出端与第一中央处理器的温度信号输入端连接，第一时钟芯片的输出端与第一中央处理器的时钟信号输入端连接，第一CAN总线接口与第一中央处理器的CAN总线口连接，第一电源模块给第一中央处理器、超声波发送器、超声波接收器、信号放大电路、温度传感器、第一时钟芯片和第一CAN总线接口供电；主控制电路中含有第二中央处理器、第二时钟芯片、显示器、键盘、声光报警电路、继电器控制电路、第二CAN总线接口和第二电源模块，第二时钟芯片的输出端与第二中央处理器的时钟信号输入端连接，第二中央处理器的显示输出口与显示器连接，键盘与第二中央处理器的键盘口连接，第二中央处理器的报警信号输出端与声光报警电路的输入端连接，第二中央处理器的控制信号输出端与继电器控制电路的输入端连接，继电器控制电路中的继电器的触点串接在皮带运输机的供电回路中，第二CAN总线接口与第二中央处理器的CAN总线口连接，第二电源模块给第二中央处理器、第二时钟芯片、第二CAN总线接口、显示器、声光报警电路和继电器控制电路供电；4个节点检测装置中共含有8个第一CAN总线接口，第二CAN总线接口和8个第一CAN总线接口均连接在一个CAN总线上。

每个支架含有三段连接臂4和一个固定座9，三段连接臂4从上到下通过万向节5首尾相连，最下面的连接臂4的下端固定在皮带运输机的托辊支架2的侧面，固定座9连接在最上面的连接臂4的上端，超声测距仪3安装在固定座9上。

万向节5可在任意方向上调节，从而使安装在支架上的超声测距仪3的超声波发射接收口8正对皮带1的侧面，保证测距的准确性。

连接臂4的材质为不锈钢，最下面的连接臂4的下端固定在皮带运输机的托辊支架2侧面的立柱6上。

主控制电路中还含有存储器和USB接口，存储器与第二中央处理器的存储口连接，USB接口与第二中央处理器的USB口连接，第二电源模块还给存储器供电；主控制电路安装在皮带运输机的电气控制箱中。

节点检测装置与落料口7之间的水平距离大于一米，各节点检测装置之间的水平距离大于20米。实际应用时，可将撕裂的最大长度控制在两个节点检测装置的距离之内。

第一中央处理器和第二中央处理器的型号均为：STM32F107VC；第一CAN总线接口和第二CAN总线接口中均含有CAN收发器，CAN收发器的型号为：TJA1050；第二电源模块中含有MC34063电压转换芯片和AMS1117电压转换芯片；显示器为7寸TFT 65536色液晶屏。

该皮带撕裂检测装置的工作过程为：节点检测装置中的两个超声测距仪3初始化测距数据后等待接收主控制电路发出的同步时钟命令，分别与主控制电路的时钟对时，随后等待接收主控制电路发出的同步测距命令，然后进行测距。各超声测距仪3测量其到皮带1侧面边缘的距离，随后将两侧的距离数据送至主控制电路判断比较。当主控制电路检测到两侧的测量距离在设定误差阈值内没有发生变化，或出现一侧距离值减小，另一侧距离值增加的情况（皮带横向侧滑移动）时，即可判断皮带1正常运行；当皮带1撕裂时，受载料及托辊10的应力影响，会出现皮带1沿横向两侧延展或向内挤压两种情况，因此，当主控制电路检测到两侧的测量距离同时减小或同时增加的情况（撕裂造成），即可判断皮带1撕裂。此时，主控制电路会发出声光报警信号并自动对皮带运输机断电停机，并将故障数据存储在存储器中，故障信息在显示器上显示。

节点检测装置中的超声测距仪3内部的信号放大电路采用三级放大电路，温度传感器用来对超声测距进行温度补偿。当超声测距仪接收到主控制电路发来的测距命令时，超声波发送器发送高频超声波，其波长远小于皮带1边缘厚度，避免发生散射；超声波接收器接收的信号经三级放大后由第一中央处理器采样，第一中央处理器通过内部算法算得距离后经CAN总线传送至主控制电路。

第二中央处理器的工作流程为：开机后系统执行初始化；首先将时钟信号同步到节点检测装置。对时工作完成后，第二中央处理器发送测距命令。节点检测装置包含的两个超声测距仪3接收到第二中央处理器发来的测距命令后开始发送并接收超声波。由两个超声测距仪3的中央处理器计算各自超声波发射接收口8到皮带1边缘的距离。每个节点检测装置的距离数据传输至第二中央处理器后，由不同节点对应的数据处理程序判断是否节点检测装置安装处发生撕裂。如果发生撕裂，则第二中央处理器控制声光报警电路发出报警信号，并控制继电器控制电路使皮带运输机停机。